(57)【要約】【課題】  簡単な構成で小型化ができ、機構的に柔軟性を有する位置検出装置および位置制御装置を安価に提供する。【解決手段】  位置検出装置は、線条体１と光学式センサ４を備える。線条体１はこれより細い２本の線条体１ａ、１ｂを撚り合わせて形成してあり、表面に２色の繰り返しパターンとしてのらせん状パターンを形成している。光学式センサ４は線条体１に対向して配置され、受光素子２ａ、２ｂ、発光素子３を備える。発光素子３から射出された光は、線条体１ａ、１ｂの表面で反射するので、受光素子２ａは線条体１ａから反射した入射光を検出し、受光素子２ｂは線条体１ｂから反射した入射光を検出する構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線条体と該線条体に対向して配置された光学式センサとを備える位置検出装置であって、前記線条体の長さ方向で前記線条体および光学式センサの相対位置を移動する構成としてあることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記光学式センサは固定してあり、前記線条体は移動する構成としてあることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記線条体は固定してあり、前記光学式センサは移動する構成としてあることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記線条体は表面に形成された繰り返しパターンを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記繰り返しパターンはらせん状パターンであることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記らせん状パターンは表面の色が異なる複数の線条体を撚り合わせることにより形成してあることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記色が同一の線条体を複数本並べてあることを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記らせん状パターンは膜により形成してあることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記繰り返しパターンは縞状パターンであることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記縞状パターンは膜により形成してあることを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記繰り返しパターンは凹凸状パターンであることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記凹凸状パターンはネジ溝により形成してあることを特徴とする請求項１１記載の位置検出装置。
【請求項１３】
前記線条体はネジであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
前記光学式センサは前記繰り返しパターンに応じて少なくとも２相の信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項１５】
前記繰り返しパターンは複数の色を有しており、前記信号は前記色に応じて異なる出力レベルを有することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１６】
前記繰り返しパターンは複数の色を有しており、前記信号は前記色の数に応じた相数を有することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１７】
前記光学式センサは前記色の数に応じた個数の受光素子を備えることを特徴とする請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
前記信号を比較することにより前記相対位置の移動方向を検出する構成としてあることを特徴とする請求項１４ないし請求項１７のいずれか一つに記載の位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれか一つに記載の位置検出装置を備えることを特徴とする位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線条体および光学式センサを備える位置検出装置およびこのような位置検出装置を備える位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＸＹステージの位置制御、速度制御などを行う場合、ＸＹステージの移動方向に沿ってリニアスケールを設けて制御する方法が知られている。リニアスケールとして磁気リニアスケールが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
図１２は、従来の位置検出装置および位置制御装置の例を示す説明図である。図に示す位置検出装置および位置制御装置は単軸ステージ（一方向ステージ）であり、移動方向３０で示すようにワーク３１が２本のリニアガイド３２上を左右に移動する構成としてある。また、ワーク３１の移動方向３０と並行するように磁気リニアスケール３４を配置し、ワーク３１に取付けられた磁気センサ３３が磁気リニアスケール３４上に沿って移動する構造としてある。
【０００４】
磁気リニアスケール３４としては、板状または棒状とした磁性体、あるいは金属板または金属棒に磁性体材料を付加したものを使用するのが一般的である。図で部分拡大領域３５として示すように、磁気リニアスケール３４の磁性体表面（磁気センサ３３に対向する面）には、Ｎ極３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、・・・とＳ極３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、・・・が交互に着磁した構造としてある。
【０００５】
このような構成により、ワーク３１の移動に伴い磁気センサ３３は磁気リニアスケール３４に沿って移動し、Ｎ極とＳ極の磁界の変化を検出する。検出した磁界の変化を電気信号として取出し、ワーク３１の移動量や移動速度を検出（位置検出装置）することにより、ワーク３１の位置制御（位置制御装置）に利用している。
【０００６】
また、従来技術として、リニアガイド３２上に磁性体材料を付加し、磁気リニアスケールとして兼用する場合もある。
【特許文献１】実開平２−１４０１６号公報
【特許文献２】実開平２−２４３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の位置検出装置および位置制御装置では次のような問題があった。
【０００８】
磁気リニアスケールを用いた位置検出装置、位置制御装置の場合、磁気リニアスケールを製造するときに、磁性体材料そのものを使用するか、あるいは金属板または金属棒などに磁性体材料を付加したものを使用し、着磁する必要がある。つまり、着磁することから使用する材質が限定され、結果的に剛体で構成することから曲げ部分を有する機構とすることができず、機構的に柔軟性を有する構造とすることができなかった。したがって、用途が限定された位置検出装置および位置制御装置となっていた。
【０００９】
また、小型化を図るため、例えばＸＹステージのリニアガイドに磁気リニアスケールの機能を付加しようとした場合、製造工程が複雑になり、様々な用途に対応したものを製作しようとすると、各用途専用のものを製作する必要があることからコストアップの要因となり、結果的に高価な位置検出装置および位置制御装置となっていた。
【００１０】
また、リニアガイドおよび磁気リニアスケールは、通常ＸＹステージなどの用途に使用されることから、通常数メートル以内のものしか製作されず、それ以上の長さの長尺ものを製作しようとすると、特別な製造設備が必要となり、製造コストが高く高価な位置検出装置および位置制御装置となっていた。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で小型化ができ、機構的に柔軟性を有する位置検出装置およびそのような位置検出装置を備える位置制御装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る位置検出装置は、線条体と該線条体に対向して配置された光学式センサとを備える位置検出装置であって、前記線条体の長さ方向で前記線条体および光学式センサの相対位置を移動する構成としてあることを特徴とする。
【００１３】
これにより、線条体と光学式センサを対向させ、線条体の長さ方向での相対位置を移動するという簡単な構成で位置検出を容易かつ正確にすることができる。また、構成要素を簡略化してあることから小型化が容易にでき、線条体の材質、構造などの制限が無いことから、機構的に柔軟性があり、安価な位置検出装置とすることができる。
【００１４】
本発明に係る位置検出装置では、前記光学式センサは固定してあり、前記線条体は移動する構成としてあることを特徴とする。線条体が移動する構成としてあるので、線条体に連結された位置制御対象の移動に伴う位置検出を容易にすることができる。
【００１５】
本発明に係る位置検出装置では、前記線条体は固定してあり、前記光学式センサは移動する構成としてあることを特徴とする。光学式センサが移動する構成としてあるので、光学式センサに連結された位置制御対象の移動に伴う位置検出を容易にすることができる。
【００１６】
本発明に係る位置検出装置では、前記線条体は表面に形成された繰り返しパターンを有することを特徴とする。繰り返しパターンは一定の間隔で繰り返されることから、移動量の検出が容易かつ正確に行える。また、繰り返しパターンは線条体の表面に形成することから容易に形成可能であり、安価な位置検出装置とすることができる。
【００１７】
本発明に係る位置検出装置では、前記繰り返しパターンはらせん状パターンであることを特徴とする。らせん状パターンとすることで繰り返しパターンを容易に形成することができ、安価な位置検出装置とすることができる。また、らせん状の幅のばらつきを線条体の長さ方向で均質化でき、線条体全体として誤差を抑制することができる。
【００１８】
本発明に係る位置検出装置では、前記らせん状パターンは表面の色が異なる複数の線条体を撚り合わせることにより形成してあることを特徴とする。撚り合わせできるような柔軟性のある素材を用いることから、線条体の長さ方向での屈曲方向を容易に変更することができ、例えば線条体の途中で水平方向と垂直方向とを相互に変換することができるので、機構的に柔軟性のある位置検出装置とすることができる。
【００１９】
本発明に係る位置検出装置では、前記色が同一の線条体を複数本並べてあることを特徴とする。線条体を複数本並べることにより、強度を自由に設定することができ、位置制御装置への適用範囲の広い位置検出装置とすることができる。また、繰り返しパターンの繰り返しピッチを適宜調整することが可能となり、検出分解能を調整することができる。
【００２０】
本発明に係る位置検出装置では、前記らせん状パターンは膜により形成してあることを特徴とする。らせん状パターンを膜により形成することから、線条体の加工が容易になり、安価な位置検出装置とすることができる。
【００２１】
本発明に係る位置検出装置では、前記繰り返しパターンは縞状パターンであることを特徴とする。繰り返しパターンを縞状パターンとすることから繰り返しパターンの精度を向上することができ、精度の高い位置検出装置とすることができる。
【００２２】
本発明に係る位置検出装置では、前記縞状パターンは膜により形成してあることを特徴とする。縞状パターンを膜により形成することから、線条体の加工が容易になり、安価な位置検出装置とすることができる。
【００２３】
本発明に係る位置検出装置では、前記繰り返しパターンは凹凸状パターンであることを特徴とする。繰り返しパターンを凹凸状パターンとすることから、線条体を剛体で構成することができ、ネジ、ボールネジ、または歯車を駆動源とするラックなどに適用可能な位置検出装置とすることができる。
【００２４】
本発明に係る位置検出装置では、前記凹凸状パターンはネジ溝により形成してあることを特徴とする。凹凸状パターンをネジ溝により形成することから、線条体を剛体とした場合に繰り返しパターンを容易に形成することができる。
【００２５】
本発明に係る位置検出装置では、前記線条体はネジであることを特徴とする。線条体をネジで構成することから、例えばＸＹステージのボールネジなどにも適用することができ、既存の位置制御装置に容易に適用可能な位置検出装置とすることができる。
【００２６】
本発明に係る位置検出装置では、前記光学式センサは前記繰り返しパターンに応じて少なくとも２相の信号を出力することを特徴とする。少なくとも２相の信号を出力するので２相の信号を比較することができ、これにより移動量の検出が容易になり、また、移動方向の検出が可能な位置検出装置とすることができる。
【００２７】
本発明に係る位置検出装置では、前記繰り返しパターンは複数の色を有しており、前記信号は前記色に応じて異なる出力レベルを有することを特徴とする。繰り返しパターンの色の数に応じた出力レベルを有する信号を得ることにより、検出分解能を向上させることができる。
【００２８】
本発明に係る位置検出装置では、前記繰り返しパターンは複数の色を有しており、前記信号は前記色の数に応じた相数を有することを特徴とする。繰り返しパターンの色の数に応じた相数を有する信号を得ることにより、信号処理が簡単にでき、検出分解能を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る位置検出装置では、前記光学式センサは前記色の数に応じた個数の受光素子を備えることを特徴とする。繰り返しパターンの色の数に応じた個数の受光素子を備えることにより、色の数に応じた相数の信号を容易に得ることができ、検出分解能を向上させることができる。
【００３０】
本発明に係る位置検出装置では、前記信号を比較することにより前記相対位置の移動方向を検出する構成としてあることを特徴とする。単に移動量のみを検出するのではなく、移動方向を検出することにより、実用的な位置検出装置とすることができ、容易に位置制御装置に適用することができる。
【００３１】
本発明に係る位置制御装置は、本発明に係る位置検出装置のいずれかを備えることを特徴とする。小型で機構的に柔軟性のある安価な位置検出装置を備えることから、機構的に柔軟性があり、小型で安価な位置制御装置とすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る位置検出装置は、簡単な構成で位置検出を容易かつ正確にすることができ、機構的に柔軟性を有し、小型かつ安価であるという効果を奏する。
【００３３】
また、線条体または光学式センサに連結された位置制御対象の移動に伴う位置検出を容易にすることができるという効果を奏する。
【００３４】
また、らせん状パターン、縞状パターン、凹凸状パターンなどの繰り返しパターンを線条体の表面に形成することから、線条体を容易に形成することが可能であり、安価であるという効果を奏する。
【００３５】
また、光学式センサは少なくとも２相の信号を出力するので、複数の信号を相互に比較することにより移動量の検出が容易になり、また移動方向の検出が可能となるという効果を奏する。
【００３６】
また、繰り返しパターンの色に応じた出力レベルまたは相数を有する信号を出力することから、検出分解能が向上するという効果を奏する。また、色の数に応じた個数の受光素子を備えるので、信号処理が簡単にできるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明に係る位置制御装置は、小型、安価で柔軟性のある位置検出装置を備えるので、機構的に柔軟性があり、小型かつ安価であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。図において、本実施の形態に係る位置検出装置は、線条体１と光学式センサ４により構成されている。線条体１はこれより細い２本の線条体１ａ、１ｂを撚り合わせて形成してある。線条体１ａ、１ｂは例えば、ワイヤ、ロープなどであり、同一の径を有し、表面は互いに異なる色を有する。素材としては柔軟性を有し、撚り合わせが可能な金属（例えば銅線）、天然繊維（例えば麻糸）、人工繊維（例えばナイロン、カーボン繊維）などを用いることができる。同一の径を有する２本の線条体１ａ、１ｂを撚り合わせていることから、線条体１の表面には等間隔で形成された２色の繰り返しパターンがらせん状パターンとして形成され、線条体１の長さ方向の直線上では交互に異なる色のパターンが等間隔で表示される形態となる。
【００３９】
光学式センサ４は受光素子２ａ、２ｂ、発光素子３を備え、線条体１が構成する長さ方向の直線に対向して配置される。光学式センサ４は、線条体１に対向する面のほぼ中央にＬＥＤなどからなる発光素子３を備え、発光素子３の両側にフォトダイオードなどからなる受光素子２ａ、２ｂを備える。つまり、受光素子２ａ、２ｂ、発光素子３は線条体１が構成する長さ方向の直線に対向して配置される。なお、受光素子２ａ、２ｂ、発光素子３と線条体１との間隔、受光素子２ａ、２ｂと発光素子３との間隔は、素子の仕様、検出精度、信号の位相差などを考慮して適宜設定すればよい。また、線条体１の長さ方向で、線条体１と光学式センサ４との相対位置は任意に配置設定でき、例えば光学式センサ４を固定し、線条体１を移動する構成としても良いし、逆に線条体１を固定し、光学式センサ４を移動する構成としても良い。線条体１の長さ方向での、線条体１と光学式センサ４との相対位置の移動状況を相対位置移動方向１０として示す。
【００４０】
発光素子３から射出された光は、線条体１ａ、１ｂの表面で反射し、反射光路５ａ、５ｂの経路でそれぞれ受光素子２ａ、２ｂに入射光として入力される。図では、受光素子２ａが線条体１ａから反射した入射光を受光し、受光素子２ｂが線条体１ｂから反射した入射光を受光している状態を示している。受光素子２ａ、２ｂは異なる色（例えば白と黒）を識別するように構成してあり、例えば、線条体１ａが黒色であり、線条体１ｂが白色とすれば、図の状態では、受光素子２ａは線条体１ａからの入射光を受光して黒を検出（受光素子２ａは黒色に対応した信号（例えば０レベル）を出力）し、受光素子２ｂは線条体１ｂからの入射光を受光して白を検出（受光素子２ｂは白色に対応した信号（例えば１レベル）を出力）する。なお、受光素子２ａ、２ｂによる白色と黒色の識別は、完全な色調を識別する必要はなく、例えば、白色と黒色の輝度を相対的に識別できるものであれば良い。
【００４１】
本実施の形態に係る位置検出装置では、撚り合わせが可能な柔軟性を有する線条体１を構成要素とすることから、柔軟性を有する機構部を備える位置制御装置に適用可能な位置検出装置とすることができる。また、構造が簡単であり、小型化が可能となる。磁気リニアスケールと異なり、線条体１は材質、構造などの制約が少なく、選択の自由度が大きいので、安価に製造することができる。線条体１は長さの制限を受けることがないので、長尺のものを容易かつ安価に製造することができる。また、素材としてナイロンなどの軽量で強度の強いものを利用すれば軽量化を図ることができる。
【００４２】
なお、繰り返しパターンとして線条体１ａ、１ｂを撚り合わせることによりらせん状パターンを形成する例を示したが、線条体１を１本の線条体（例えばロープ、または棒状体）で構成し、その表面にらせん状の膜を形成することにより繰り返しパターンを形成しても良い。膜の形成方法としては、塗装による方法、テープの貼付による方法などがあり、加工が容易であり、安価に線条体１を製造できる効果がある。
【００４３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。図において、縦軸は２つのレベル（０、１）で示す信号、横軸は移動量を示す。例えば、光学式センサ４を固定した状態で、線条体１を相対位置移動方向１０の方向で移動させると、線条体１ａ、１ｂの色の違いから、受光素子２ａ、２ｂは互いに異なる色からの入射光を受光することとなるので、受光素子２ａの信号（検出信号）はＡ相として示す信号１１ａとなり、受光素子２ｂの信号（検出信号）はＡ相とは位相が異なるＢ相として示す信号１１ｂとなる。つまり、受光素子２ａ、２ｂの信号は互いに位相の異なる２相の信号１１として出力される。なお、移動量は信号の時間（周期）と線条体１のピッチとから適宜換算することができるので、横軸の移動量は時間に置き換えても良い。
【００４４】
線条体１表面の２色のらせん状パターンのピッチに応じて、受光素子２ａ、２ｂと発光素子３との間隔、線条体１と光学式センサ４との間隔を適宜調整することにより、受光素子２ａ、２ｂから出力される信号１１ａ、信号１１ｂ相互間の位相差を最適化することができ、例えば、周期１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）で示す４つの信号状態を得ることができる。ここで、信号状態の変化が周期１７ａ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル０）→周期１７ｂ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル０）→周期１７ｃ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル１）→周期１７ｄ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル１）→周期１７ａ・・・のように変化する方向を正方向、逆に周期１７ｄ→周期１７ｃ→周期１７ｂ→周期１７ａ→周期１７ｄ・・・のように変化する方向を負方向と定義することにより、移動方向を検出することができる。このように、移動量、移動方向さらには移動速度などを検出することができるので、位置検出装置とすることができ、さらにはこれを用いて位置制御装置を構成することができる。
【００４５】
図３は、本発明の実施の形態１に係る位置検出装置に適用可能な線条体の変形例を示す説明図である。図１では線条体１として異なる色の２本の線条体１ａ、１ｂを撚り合わせたものを示したが、ここでは、同一の色を有する２本の線条体２０ａ、２０ｂを並べて１組の線条体とし、さらに線条体２０ａ、２０ｂとは異なる同一の色を有する２本の線条体２０ｃ、２０ｄを並べて他の１組の線条体とし、これら１組の線条体をさらに相互に撚り合わせて線条体２０としている。同一の色の線条体を２本ずつ組み合わせることから、線条体１ａ、１ｂと線条体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとが同一の径であれば線条体２０は線条体１に比較して強度を少なくとも２倍程度に向上することができる。このように同一の色を有する線条体１を複数本組み合わせることにより、必要に応じて線条体１の強度を向上することができる。また、線条体１の径および線条体１の長さ方向の直線上での繰り返しパターンの間隔（ピッチ）を容易に変更することができる。強度を自由に設定することができるので、位置制御装置への適用範囲の広い位置検出装置となる。
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。図１と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態では、線条体１はその表面に繰り返しパターンとして線条体１の長さ方向と交差する方向の縞状パターン１ｃ、１ｄを有している。縞状パターン１ｃ、１ｄは、線条体１の表面に膜を形成することにより形成される。膜の形成方法としては、塗装による方法、テープの貼付による方法などがあり、加工が容易であり、安価に線条体を製造できる利点がある。本実施の形態に係る位置検出装置においても実施の形態１の場合と同様の原理により位置検出が可能となる。また、縞状パターン１ｃ、１ｄは単純な構成であり、精度良く形成することができるから、精度の高い位置検出装置とすることができる。
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。図１、図４と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態では、線条体１がその表面に繰り返しパターンとして凹凸状パターンを有している。凹凸状パターンは山部分１ｅと谷部分１ｆが交互に繰り返されるネジ溝により形成されている。本実施の形態では、受光素子２ａ、２ｂは色の識別ではなく、凹凸を検出するように構成される。発光素子３から射出された光は、線条体１の表面の凹凸状パターンにより反射され反射光路５ａ、５ｂの経路でそれぞれ受光素子２ａ、２ｂに入射光として入力される。ネジ溝形状に伴う反射の程度（反射光路５ａ、５ｂの距離および反射角）の相違から、受光素子２ａ、２ｂには互いに光強度の異なる入射光が入力され、凹凸パターンに応じた信号を出力することができる。凹凸状パターンを有する線条体１の具体例としては、ネジ、ボールネジなどがある。また、ネジに限らず、歯車と組み合わされたラックのように板状体にネジ溝を形成されたものでも良い。
【００４６】
図６は、本発明の実施の形態３に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。図において、縦軸は２つのレベル（０、１）で示す信号、横軸は移動量を示す。例えば、ワークなどの被処理物またはネジに取付けられた光学式センサ４を相対位置移動方向１０の方向で移動させると、受光素子２ａの信号（検出信号）はＡ相として示す信号１２ａとなり、受光素子２ｂの信号（検出信号）はＢ相として示す信号１２ｂとなる。つまり、信号１２ａ、信号１２ｂは反射の程度（反射光路５ａ、５ｂの距離など）に応じて変化するアナログ信号１２となる。データ処理を容易にするため、信号１２ａ、信号１２ｂのそれぞれについて閾値１３ａ、１３ｂを設定してデジタル信号に変換することにより、それぞれに対応して位相の異なる２つの信号１１ａ、１１ｂ（信号１１）を得ることができ、実施の形態１の場合と同様な信号処理を行うことができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、ネジやＸＹステージのボールネジに適用することができる位置検出装置とすることができるので、既存設備に対して移動量、移動方向さらには移動速度などを検出するために容易に置き換えることができる。
＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施の形態４に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。図１、図４、図５と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態では、線条体２１はこれより細い４本の線条体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを撚り合わせて形成してある。同一の径を有する４本の線条体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは相互に異なる色を有することから、繰り返しパターンとしてのらせん状パターンは４色で構成されている。また、光学センサ４の受光素子２ａ、２ｂはそれぞれ４色の識別を行う構成としている。なお、色の数は４色に限らず、３色、または５色以上であっても良い。色数を増加するほど検出分解能を向上することができるが、色数が多すぎると信号処理が複雑になるので、必要な検出分解能に応じた適宜の色数とすることが望ましい。
【００４８】
図８は、本発明の実施の形態４に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。図において、縦軸は４つのレベル（０、１、２、３）で示す信号、横軸は移動量を示す。動作原理は実施の形態１ないし実施の形態３と同様であるが、受光素子２ａ、２ｂはそれぞれ異なる４色の色を識別することができる構成としているため、受光素子２ａの信号（検出信号）はＡ相として示す信号４１ａとなり、受光素子２ｂの信号（検出信号）はＢ相として示す信号４１ｂとなる。つまり、受光素子２ａ、２ｂの信号は互いに位相の異なる２相の信号４１として出力される。信号４１ａ、４１ｂは色の種類に応じて変化する４段階の信号レベル（０、１、２、３）を有し、相互に適宜の位相差を有するように構成する。
【００４９】
信号４１ａ、４１ｂは、相互に位相差を有し４段階の信号レベルを有することから、例えば周期４２（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇ、４２ｈ）で示す８つの信号状態を得ることができる。ここでは、周期４２ａ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル０）、４２ｂ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル０）、４２ｃ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル１）、４２ｄ（Ａ相レベル２、Ｂ相レベル１）、４２ｅ（Ａ相レベル２、Ｂ相レベル２）、４２ｆ（Ａ相レベル３、Ｂ相レベル２）、４２ｇ（Ａ相レベル３、Ｂ相レベル３）、４２ｈ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル３）となっている。本実施の形態では、信号状態の数を実施の形態１ないし実施の形態３に比較して多く設定することができるから、移動量、移動方向さらには移動速度などの検出分解能をさらに向上することができる。
＜実施の形態５＞
図９は、本発明の実施の形態５に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。図１、図７と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態では、光学式センサ２４は、線条体２１に対向して線条体２１の長さ方向に並置された４個の受光素子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）を備える。この構成により、図示しない発光素子３から射出された光は、線条体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの表面で反射し、反射光路２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの経路でそれぞれ受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに入射光として入力される。なお、発光素子３は各受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに対応させて、例えば図（紙面）の背面側に配置することができるが、十分な受光量が得られる場合には省略することも可能である。
【００５０】
各受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、線条体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが有する色をそれぞれに対応して検出するように構成してある。つまり、線条体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが有する色の数に応じた個数の受光素子を備え、受光素子２２ａは線条体２１ａの色のみを検出し、受光素子２２ｂは線条体２１ｂの色のみを検出し、受光素子２２ｃは線条体２１ｃの色のみを検出し、受光素子２２ｄは線条体２１ｄの色のみを検出する。色の数に応じた個数の受光素子を備えることにより、色の数に応じた相数の信号を容易に得ることができる。
【００５１】
図１０は、本発明の実施の形態５に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。図において、縦軸は２つのレベル（０、１）で示す信号、横軸は移動量を示す。動作原理は実施の形態１ないし実施の形態４と同様であるが、受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄはそれぞれ異なる特定の色のみを検出する構成としていることから、受光素子２２ａの信号（検出信号）はＡ相として示す信号４３ａ、受光素子２２ｂの信号（検出信号）はＢ相として示す信号４３ｂ、受光素子２２ｃの信号（検出信号）はＣ相として示す信号４３ｃ、受光素子２２ｄの信号（検出信号）はＤ相として示す信号４３ｄとなる。つまり、繰り返しパターンの色の数に応じた相数の信号４３を出力する。信号４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは繰り返しパターンの繰り返しピッチに応じた信号レベル（０、１）を有し、相互に適宜の位相差を有するように構成する。
【００５２】
信号４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは相互に位相差を有することから、例えば周期４４で示す８つの信号状態を得ることができる。ここでは、周期４４ａ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル０、Ｃ相レベル０、Ｄ相レベル１）、４４ｂ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル０、Ｃ相レベル０、Ｄ相レベル０）、４４ｃ（Ａ相レベル１、Ｂ相レベル１、Ｃ相レベル０、Ｄ相レベル０）、４４ｄ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル１、Ｃ相レベル０、Ｄ相レベル０）、４４ｅ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル１、Ｃ相レベル１、Ｄ相レベル０）、４４ｆ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル０、Ｃ相レベル１、Ｄ相レベル０）、４４ｇ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル０、Ｃ相レベル１、Ｄ相レベル１）、４４ｈ（Ａ相レベル０、Ｂ相レベル０、Ｃ相レベル０、Ｄ相レベル１）となっている。
【００５３】
本実施の形態では、実施の形態４と同様、信号状態の数を実施の形態１ないし実施の形態３に比較して多く設定することができる。また、受光素子を増加することで、信号処理が簡単なデジタル信号を用いて簡単に信号状態を増加することができることから、移動量、移動方向さらには移動速度などの検出分解能をさらに向上することができる。また、受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄおよび発光素子３としてアレイ状の素子を用いれば光学式センサ４を小型化することが可能となり、繰り返しパターンのピッチを小さくできることから、検出分解能をさらに向上することができる。
＜実施の形態６＞
図１１は、本発明の実施の形態６に係る位置制御装置の構成を説明する概念図である。本実施の形態に係る位置制御装置は、線条体１、光学式センサ４、駆動用プーリ６、中継用プーリ７を備え、被処理物としての負荷８の移動を制御する構成としてある。線条体１および光学式センサ４は例えば実施の形態１で開示した位置検出装置である。実施の形態１で開示した位置検出装置に限らず、実施の形態２ないし実施の形態５で開示した位置検出装置を位置制御装置に用いることができることはいうまでも無い。モータなどに連結された駆動用プーリ６は線条体１の一端に接続され、線条体１の他端には中継用プーリ７を中継して負荷８が接続されている。光学式センサ４は線条体１の任意の位置に対向して固定配置されている。
【００５４】
このような構成により、駆動用プーリ６を回転させると、回転方向に応じて、線条体１が駆動用プーリ６に巻き取られ、または放出される。線条体１は中継用プーリ７を中間に介挿することにより、水平移動方向１０ａでの移動を垂直移動方向１０ｂでの移動に容易に変更することができ、負荷８の垂直移動を容易に実現できる。したがって、線条体１を本実施の形態のように可撓性（柔軟性）のあるもので構成した場合には、方向転換が容易であることから自由度の高い柔軟性のある機構部を構成することができる。
【００５５】
位置制御装置の具体的な例としては、クレーンのロープ制御装置、漁業用の網の巻取り装置など、長いロープの巻取り、放出を制御する機構を備えた装置がある。また、ワイヤ機構を利用したロボットハンドの指の制御など、小型で曲げや回転を制御する機構が必要な制御装置への適用が可能である。さらに線条体１として剛体（例えば実施の形態でのネジなど）を用いた場合には、ＸＹステージに適用可能な位置制御装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位置検出装置に適用可能な線条体の変形例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る位置検出装置の構成を説明する概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る位置検出装置の光学式センサからの信号を説明する波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る位置制御装置の構成を説明する概念図である。
【図１２】従来の位置検出装置および位置制御装置の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、２０、２１  線条体
１ｅ  山部分
１ｆ  谷部分
２ａ、２ｂ、２２  受光素子
３  発光素子
４、２４  光学式センサ
６  駆動用プーリ
７  中継用プーリ
８  負荷
１０  相対位置移動方向
１０ａ  水平移動方向
１０ｂ  垂直移動方向
１１、１２、４１、４３  信号
１７、４２、４４  周期
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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